[go: up one dir, main page]

WO2019029861A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauelement Download PDF

Info

Publication number
WO2019029861A1
WO2019029861A1 PCT/EP2018/065055 EP2018065055W WO2019029861A1 WO 2019029861 A1 WO2019029861 A1 WO 2019029861A1 EP 2018065055 W EP2018065055 W EP 2018065055W WO 2019029861 A1 WO2019029861 A1 WO 2019029861A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
diode
layer
optoelectronic semiconductor
semiconductor component
sub
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2018/065055
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Paul Schüppen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ae 111 Autarke Energie GmbH
Original Assignee
Ae 111 Autarke Energie GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ae 111 Autarke Energie GmbH filed Critical Ae 111 Autarke Energie GmbH
Priority to US16/632,951 priority Critical patent/US11233167B2/en
Publication of WO2019029861A1 publication Critical patent/WO2019029861A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/16—Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers
    • H10F10/161—Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers comprising multiple PN heterojunctions, e.g. tandem cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/16—Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers
    • H10F10/164—Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers comprising heterojunctions with Group IV materials, e.g. ITO/Si or GaAs/SiGe photovoltaic cells
    • H10F10/165—Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers comprising heterojunctions with Group IV materials, e.g. ITO/Si or GaAs/SiGe photovoltaic cells the heterojunctions being Group IV-IV heterojunctions, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC photovoltaic cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10—Semiconductor bodies
    • H10F77/14—Shape of semiconductor bodies; Shapes, relative sizes or dispositions of semiconductor regions within semiconductor bodies
    • H10F77/146—Superlattices; Multiple quantum well structures
    • H10F77/1465—Superlattices; Multiple quantum well structures including only Group IV materials, e.g. Si-SiGe superlattices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10—Semiconductor bodies
    • H10F77/12—Active materials
    • H10F77/122—Active materials comprising only Group IV materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10—Semiconductor bodies
    • H10F77/16—Material structures, e.g. crystalline structures, film structures or crystal plane orientations
    • H10F77/162—Non-monocrystalline materials, e.g. semiconductor particles embedded in insulating materials
    • H10F77/164—Polycrystalline semiconductors
    • H10F77/1642—Polycrystalline semiconductors including only Group IV materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10—Semiconductor bodies
    • H10F77/16—Material structures, e.g. crystalline structures, film structures or crystal plane orientations
    • H10F77/162—Non-monocrystalline materials, e.g. semiconductor particles embedded in insulating materials
    • H10F77/166—Amorphous semiconductors
    • H10F77/1662—Amorphous semiconductors including only Group IV materials
    • H10F77/1665—Amorphous semiconductors including only Group IV materials including Group IV-IV materials, e.g. SiGe or SiC
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

Definitions

  • Optoelectronic Semiconductor Device It becomes an optoelectronic semiconductor device
  • a tandem solar cell in which an upper diode is silicon based and comprises a SiC layer.
  • a lower diode comprises a germanium layer as a base for nanowires.
  • An object to be solved is to provide an optoelectronic semiconductor component, which has a high
  • Optoelectronic semiconductor component is in particular a solar cell with an open terminal voltage V oc of more than 1 V.
  • Optoelectronic semiconductor device on a front side. It is possible that radiation such as solar radiation enters the semiconductor component through the front side.
  • Front can be a radiation entrance side.
  • At the radiation entrance side can be a Light entry layer, especially an antireflection layer, are.
  • this includes
  • first diode and a second diode which are connected in series.
  • the diodes may also be referred to as upper and lower diodes.
  • the first and the second diode are arranged downstream of each other. In this case, the first diode is closer to the front than the second diode. Seen in plan view, the front side, the first diode and / or the second diode can be arranged congruently.
  • the tunnel junction is located between the first and the second diode.
  • the two diodes are electrically connected in series via the tunnel contact.
  • based tandem solar cell is, a front side and a first diode and a second diode.
  • the first diode is closer to the front than the second diode and the diodes follow each other in the direction away from the front.
  • An electrical tunnel junction is located between the first and second diodes.
  • the first diode comprises at least one sub-layer of SiGeC.
  • the second diode is a Si diode with a diode layer of Si n Ge ] __ n .
  • the first diode and the second diode as well as the tunnel junction are monolithically produced on one another. That is, these components are preferred in a common semiconductor body
  • the tunnel junction can be constructed as in the
  • Tunneling is mainly about band-to-band tunneling, also known as intergap tunneling.
  • this is based on
  • the essential material component of the semiconductor device is Si.
  • the essential electrical functions of the semiconductor device go back to Si. This does not exclude that one or more dopants are present or that the Si is partly replaced by other materials,
  • the semiconductor device is, in particular, a silicon-based one
  • the first diode or upper diode comprises a plurality of partial layers. At least one of the partial layers, the majority of the partial layers or all
  • Partial layers of the first diode are made of (Si, Ge) ] x C x .
  • Si and Ge can be present in any mixing ratios, including the case where only Si or only Ge is present is.
  • various phases may be mixed, for example, SiC and GeC.
  • (Si, Ge) i- x C, x an average composition over the
  • the second or lower diode comprises a diode layer, in particular as part of a pn junction, wherein in the space charge region of this pn junction a layer of Si n Ge __ n can be incorporated, wherein this layer is preferably to the
  • Diode layer is.
  • the Ge share is at least 20%. It can be a pure Ge layer. Again, any existing dopants are neglected.
  • the upper or first diode is at least one of Sic (silicon carbide) or GeC (germanium carbide) or
  • the lower or the second diode includes a Ge (germanium) or SiGe (silicon germanium) layer.
  • Optoelectronic semiconductor device which is preferably a solar cell, a front side and a first diode and a second diode.
  • the first diode is closer to the front than the second diode and the diodes follow each other in the direction away from the front.
  • the semiconductor device is based on silicon.
  • the first diode comprises at least one
  • Partial layer of (Si, Ge) ] __ x C x The second diode comprises at least one diode layer of Si n Ge ] __ n . In this case, preferably 0.05 -S x -S 0.5 and 0 -S n ⁇ 1 or 0 -S n ⁇ 1.
  • the semiconductor component may be a silicon-based tandem solar cell whose two diodes are distinguished by the fact that the first diode, in particular in the form of the sublayer, has an ultraviolet absorbing and the second diode, in particular in the form of the diode layer, an infrared absorber includes.
  • the usable spectrum of the semiconductor device of about 300 nm to 1500 nm is extended.
  • the partial layer of the first diode is preferably one
  • Silicon carbide layer and / or a germanium carbide layer and the diode layer of the second diode is preferably a Si-diode and may by a germanium layer or a
  • Silicon germanium layer be added.
  • Crystalline silicon-based production currently typically has an efficiency in the range of 17% to 23%.
  • a silicon-based tandem solar cell is specified. So far silicon-based solar cells have hardly resorted to the tandem concept since no materials with different band gaps in the silicon material system are available so far that they are not cost-effective to produce and / or have insufficient long-term stability, such as pervoskites. In contrast, the semiconductor device described here can be constructed with proven techniques and materials having known properties.
  • the upper cell ie the first diode
  • the lower cell ie the second diode, in particular only for generating charge carriers from light at wavelengths of approximately 500 nm up to the infrared spectral range .
  • a current is generated which passes through the two series connected cells and which may be above 7A for a standard MO cell.
  • the open terminal voltages of the two cells add up to approximately 1 V to 1.2 V, so that a
  • At least one partial layer of the first diode consists of a material with a high band gap, preferably of silicon carbide and / or germanium carbide or of amorphous silicon or amorphous germanium.
  • the band gap of this material is in particular between 2.4 eV and 3.2 eV in order, in particular, to convert short-wave photons in the wavelength range from 300 nm to 500 nm into electrical current.
  • the first Diode can be improved by the
  • Space charge zone comprises a quantum structure of SiGeC / SiGe / SiGeC.
  • Such a structure also referred to as a double tunnel structure, allows more electron effects, so that a high-energy photon can generate multiple electrons.
  • Such a double tunnel structure can be found, for example, in the document DE 10 2005 047 221 B4, see in particular paragraph 9.
  • the first diode comprises a first partial layer, a second partial layer and a third partial layer. Especially through these three
  • the first and third sub-layers preferably have the same material composition and / or the same layer thicknesses. Alternatively, it is possible for the first and the third sub-layers to have mutually different material compositions and / or to have a different thickness.
  • Partial layer which is located between the first and the third sublayer, made of SiGe. This indicates the second
  • Partial layer on a comparatively small band gap Partial layer on a comparatively small band gap.
  • the first, the second and the third sub-layers follow in said
  • the partial layers can be arranged congruently.
  • 0 ⁇ y ⁇ 1 preferably
  • the first and / or the third partial layers have a thickness which
  • the thicknesses of the first and / or third partial layers are at least 1 nm.
  • the lower cell ie the second diode
  • the lower cell is essentially formed of silicon with a bandgap of approximately 1.12 eV and, above all, is designed to generate charge carriers from light in the spectral range between 500 nm and 1150 nm.
  • Space charge zone of the lower diode with a band gap in the range of 0.66 eV to 0.95 eV can the
  • Charge generation usable infrared wavelength range can be extended to over 1500 nm, which has an increase in current compared to pure silicon result.
  • Partial layer has a thickness of at least 5 nm. Alternatively or additionally, the thickness of the second sub-layer is at most 25 nm, depending on the thickness of the first and the third Partial layer and the material composition of the second
  • the second sub-layer is thicker than the first and / or the third sub-layer, for example, at least a factor of 2 thicker than the first and / or the third
  • the diode layer of the second diode has a thickness of at least 5 nm, in particular a thickness of at least 25 nm. Alternatively or additionally, the thickness of the diode layer is at most 200 nm. According to at least one embodiment, it is located at one of the front sides Side of the diode layer, a second contact layer.
  • the second contact layer may be directly on the diode layer.
  • the second contact layer is a silicon layer.
  • Silicon layer is preferably doped with B and / or Ga and / or Al, for example with a dopant concentration of at least 1 x 10 19! / Cm J for p-type material or
  • the second transistor has a Fermi level above the conduction band. According to at least one embodiment, the second
  • Contact layer has a thickness of at least 10 nm.
  • Contact layer at 300 nm or less depending on Material system, the contact system and the crystallinity of the contact layer.
  • a carrier layer is located between the diode layer and the front side.
  • the carrier layer can be located directly on the diode layer.
  • the carrier layer is preferably made of silicon, in particular of n-doped or p-doped silicon. It is
  • the carrier layer has a thickness of at least 30 ⁇ m and / or of at most 600 ⁇ m.
  • the carrier layer may also be made of a silicide or a transparent conductive oxide or a glass.
  • Semiconductor layers are amorphous.
  • the abovementioned semiconductor layers are by means of chemical vapor deposition, CVD (Chemical Vapor Deposition), by means of
  • the semiconductor component is a tandem solar cell.
  • the semiconductor component further components such as electrodes, power distribution structures and / or
  • Contacting comprises, in particular for tapping the resulting photoelectric current during operation.
  • Figures 1 and 2 are schematic sectional views of
  • FIG. 3 is a schematic representation of a band structure
  • Figure 4 is a schematic representation of spectral
  • Figure 1 is an embodiment of a
  • the semiconductor device 1 is designed as a tandem solar cell and comprises a first Diode 2 and a second diode 4, which are electrically connected to each other via a tunnel contact 3 and connected in series.
  • the first diode 2 is located closer to a front side 10 of the semiconductor component 1, the front side 10 preferably being a radiation entrance side of the semiconductor component 1.
  • the emitter used is at the radiation entrance side 10, a first contact layer 25.
  • the first contact layer 25 is made of silicon, the n-doped high, for example, with As.
  • the degree of doping of the layers is illustrated customarily by the symbols -, +, ++.
  • Contact layer 25 is preferably at least 10 nm and / or at most 150 nm, for example at 80 nm.
  • the first contact layer 25 may be a
  • the doping preferably increases towards the light entry layer 5, that is to say that the transition between the first and second upper contact layer can also be graduated, ie it does not have to be abrupt.
  • the first contact layer 25 is partially covered by the first diode 2.
  • a main component of the first diode 2 is formed by three partial layers 21, 22, 23.
  • the first and third sub-layers 21, 23 are SiGeC layers, between which a preferably thin SiGe layer is second
  • Partial layer 22 is located.
  • the partial layers 21, 22, 23 are essentially set up for the absorption of short-wave light in the range from 300 nm to about 500 nm and serve for
  • the low-doped layer 24 is preferably a silicon layer doped with B.
  • a thickness of the low-doped layer 24 is
  • the following tunnel contact 3 is made of a first
  • Tunnel contact layer 32 composed. The closer to the radiation entrance side 10 located first
  • Tunnel contact layer 31 is preferably doped to degenerate p-doped silicon layer, so for example over 8 x ⁇ - ⁇ l / cm ⁇ boron doped.
  • the second tunnel contact layer 32 is preferably a n-doped silicon layer until degeneracy, with dopant being used
  • Thicknesses of the tunnel contact layers 31, 32 are preferably at least 20 nm or 40 nm and / or at most 150 nm or 80 nm, in particular each at approximately 50 nm.
  • the tunnel contact 3 is located directly at one
  • Carrier layer 43 is formed by an n-doped or alternatively also p-doped silicon substrate.
  • a conductivity of the carrier layer 43 is preferably at least 1 Gern and / or at most 6 Gern.
  • a thickness of the support layer 43 is preferably about 180 ⁇ m.
  • the diode layer 41 is undoped or slightly p-doped.
  • the diode layer 41 has a thickness of 50 nm.
  • the diode layer 41 follows away from the
  • Radiation entrance side 10 a second contact layer 42 according to, which is a highly doped p-layer.
  • the dopant is, for example, B or Ga or Al
  • a thickness of the second contact layer 42 is, for example, 100 nm.
  • a thickness of the light entry layer is for example at least 50 nm and / or 90 nm, in particular at approximately
  • Light entry layer 5 preferably in places particularlysj ustierend removed by a known method.
  • the second contact layer 42 is preferably about by means of aluminum screen printing another
  • Electrode 61 applied flat or structured.
  • the designed as a solar cell semiconductor device 1 can be produced by standard methods.
  • FIG. 2 corresponds to that of FIG. 1.
  • the light irradiation power P is for

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

In einer Ausführungsform weist das optoelektronische Halbleiterbauelement (1), das bevorzugt eine auf Silizium basierende Tandemsolarzelle ist, eine Vorderseite (10) sowie eine erste Diode (2) und eine zweite Diode (4) auf. Die erste Diode (2) befindet sich näher an der Vorderseite (10) als die zweite Diode (4) und die Dioden (2, 4) folgen in Richtung weg von der Vorderseite (10) einander nach. Ein elektrischer Tunnelkontakt (3) befindet sich zwischen der ersten und der zweiten Diode (2, 4). Das Halbleiterbauelement (1) basiert auf Silizium. Die erste Diode (2) umfasst zumindest eine Teilschicht (21, 22, 23) aus SiGeC. Die zweite Diode ist eine Si-Diode mit einer Diodenschicht (41) aus SinGe1-n. Dabei gilt 0 ≤ n ≤ 1.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Halbleiterbauelement Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement
angegeben .
Die Druckschrift US 2014/0048122 AI betrifft eine
Tandemsolarzelle, bei der eine obere Diode auf Silizium basiert und eine SiC-Schicht umfasst. Eine untere Diode umfasst eine Germaniumschicht als Basis für Nanodrähte .
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das einen hohen
Leistungswirkungsgrad und Energiewirkungsgrad bezüglich der Umwandlung von Lichtleistung und Lichtenergie in elektrische Leistung beziehungsweise Energie aufweist. Das
optoelektronische Halbleiterbauelement ist insbesondere eine Solarzelle mit einer offenen Klemmenspannung Voc von über 1 V.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Halbleiterbauelement eine Vorderseite auf. Es ist möglich, dass durch die Vorderseite Strahlung wie Sonnenstrahlung in das Halbleiterbauelement eintritt. Die
Vorderseite kann eine Strahlungseintrittsseite sein. An der Strahlungseintrittsseite kann sich eine Lichteintrittsschicht, speziell eine Antireflexschicht , befinden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauelement eine erste Diode und eine zweite Diode, die in Reihe geschaltet sind. Die Dioden können auch als obere und untere Diode bezeichnet werden. In Richtung weg von der Vorderseite sind die erste und die zweite Diode einander nachgeordnet. Dabei befindet sich die erste Diode näher an der Vorderseite als die zweite Diode. In Draufsicht gesehen können die Vorderseite, die erste Diode und/oder die zweite Diode deckungsgleich angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Halbleiterbauelement einen elektrischen Halbleiter- Tunnelkontakt auf. Der Tunnelkontakt befindet sich zwischen der ersten und der zweiten Diode. Über den Tunnelkontakt sind die beiden Dioden elektrisch in Serie geschaltet. In einer Ausführungsform weist das optoelektronische
Halbleiterbauelement, das bevorzugt eine auf Silizium
basierende Tandemsolarzelle ist, eine Vorderseite sowie eine erste Diode und eine zweite Diode auf. Die erste Diode befindet sich näher an der Vorderseite als die zweite Diode und die Dioden folgen in Richtung weg von der Vorderseite einander nach. Ein elektrischer Tunnelkontakt befindet sich zwischen der ersten und der zweiten Diode. Das
Halbleiterbauelement basiert auf Silizium. Die erste Diode umfasst zumindest eine Teilschicht aus SiGeC. Die zweite Diode ist eine Si-Diode mit einer Diodenschicht aus SinGe]__n.
Dabei gilt 0 < n < 1. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste Diode und die zweite Diode sowie der Tunnelkontakt monolithisch aufeinander erzeugt. Das heißt, diese Komponenten sind in einem gemeinsamen Halbleiterkörper bevorzugt
verbindungsmittelfrei und/oder monolithisch integriert.
Der Tunnelkontakt kann aufgebaut sein, wie in der
Druckschrift DE 10 2005 047 221 B4 beschrieben, siehe
insbesondere Absatz 9, oder wie in der Druckschrift S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices, New York, Wiley, 1981, Seiten 516ff . Es geht bei dem Tunnelkontakt vor allem um Band zu Band-Tunneln, auch als Intergap tunneling bezeichnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform basiert das
Halbleiterbauelement auf Silizium. Das heißt, die wesentliche stoffliche Komponente des Halbleiterbauelements ist Si.
Ebenso gehen die wesentlichen elektrischen Funktionen des Halbleiterbauelements auf Si zurück. Dies schließt nicht aus, dass eine oder mehrere Dotierungen vorhanden sind oder dass das Si zum Teil durch andere Materialien ersetzt ist,
insbesondere durch Gruppe IV-Materialien wie Kohlenstoff und/oder Germanium. Das heißt, bei dem Halbleiterbauelement handelt es sich insbesondere um eine Silizium-basierte
Solarzelle .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die erste Diode oder obere Diode mehrere Teilschichten. Mindestens eine der Teilschichten, die Mehrzahl der Teilschichten oder alle
Teilschichten der ersten Diode sind aus (Si, Ge)]__xCx. Dabei gilt bevorzugt 0,05 -S x -S 0,6 oder 0,05 ^ x ^ 0,5, wobei eventuell vorhandene Dotierungen vernachlässigt sind. Si und Ge können in beliebigen Mischungsverhältnissen vorliegen, einschließlich des Falls, dass nur Si oder nur Ge vorhanden ist. Ferner können verschiedene Phasen durchmischt vorliegen, beispielsweise SiC und GeC. Damit kann sich der Ausdruck (Si, Ge) i-xCx auf eine mittlere Zusammensetzung über die
betreffende Schicht hinweg beziehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die zweite oder untere Diode eine Diodenschicht, insbesondere als Teil eines pn-Übergangs , wobei in die Raumladungszone dieses pn- Übergangs eine Schicht aus SinGe]__n eingebaut sein kann, wobei es sich bei dieser Schicht bevorzugt um die
Diodenschicht handelt. Dabei gilt 0 -S n < 1 oder 0 -S n < 1 oder 0 < n < 1, insbesondere 0 < n < 0,95, bevorzugt
0 < n < 0,8, sodass der Ge-Anteil mindestens 20 % beträgt. Es kann sich um eine reine Ge-Schicht handeln. Wiederum sind eventuell vorhandene Dotierungen vernachlässigt.
Es wird somit ein Silizium basiertes optoelektronisches
Halbleiterbauelement aus zwei in Reihe geschalteten Dioden, die durch einen Tunnelkontakt verbunden sind, angegeben.
wobei die obere oder erste Diode mindestens eine aus Sic (Siliziumcarbid) oder GeC (Germaniumcarbid) oder
(Si, Ge) i-xCx mit 0,25 ^ x ^ 0,75 bestehende Schicht
beinhaltet und gleichzeitig die untere oder zweite Diode eine aus Ge (Germanium) oder SiGe (Siliziumgermanium) bestehende Schicht beinhaltet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Halbleiterbauelement, das bevorzugt eine Solarzelle ist, eine Vorderseite sowie eine erste Diode und eine zweite Diode auf. Die erste Diode befindet sich näher an der Vorderseite als die zweite Diode und die Dioden folgen in Richtung weg von der Vorderseite einander nach. Ein
elektrischer Tunnelkontakt befindet sich zwischen der ersten Diode und der zweiten Diode. Das Halbleiterbauelement basiert auf Silizium. Die erste Diode umfasst zumindest eine
Teilschicht aus (Si, Ge)]__xCx. Die zweite Diode umfasst mindestens eine Diodenschicht aus SinGe]__n. Dabei gilt bevorzugt 0,05 -S x -S 0,5 sowie 0 -S n < 1 oder 0 -S n < 1.
Mit anderen Worten kann es sich bei dem Halbleiterbauelement um eine Tandem-Solarzelle auf Siliziumbasis handeln, deren beiden Dioden sich dadurch auszeichnen, dass die erste Diode insbesondere in Form der Teilschicht eine ultraviolett absorbierende und die zweite Diode insbesondere in Form der Diodenschicht einen Infrarot-Absorber beinhaltet. Dadurch wird das von dem Halbleiterbauelement nutzbare Spektrum von ungefähr 300 nm bis 1500 nm ausgeweitet. Hierbei ist die Teilschicht der ersten Diode bevorzugt eine
Siliziumcarbidschicht und/oder eine Germaniumcarbidschicht und die Diodenschicht der zweiten Diode ist bevorzugt eine Si-Diode und kann durch eine Germaniumschicht oder eine
Siliziumgermaniumschicht ergänzt sein.
Die Solarzellen mit dem derzeit höchsten bekannten
Wirkungsgraden sind lediglich Labormuster und basieren üblicherweise auf III-V-Halbleitermaterialien . Deren
Wirkungsgrad liegt bis zu 45 % bei Labormustern. Kommerzielle Solarzellen dagegen weisen, abhängig vom verwendeten
Materialsystem und der Schichtung, Spitzenwirkungsgrade im Bereich bis 25 % auf. Kommerzielle Solarzellen in der
Produktion, die auf kristallinem Silizium basieren, weisen derzeit normalerweise einen Wirkungsgrad im Bereich von 17 % bis 23 % auf.
Mit dem hier beschriebenen Halbleiterbauelement wird eine Tandem-Solarzelle auf Siliziumbasis angegeben. Bisher wurde bei Solarzellen auf Siliziumbasis kaum auf das Tandemkonzept zurückgegriffen, da keine Materialien mit unterschiedlichen Bandabständen im Siliziummaterialsystem soweit zur Verfügung stehen, dass sie nicht kosteneffizient herzustellen sind und/oder nur eine unzureichende Langzeitstabilität aufweisen, wie zum Beispiel Pervoskite. Dagegen lässt sich das hier beschriebene Halbleiterbauelement mit erprobten Techniken und Materialien mit bekannten Eigenschaften aufbauen.
Dabei dient die obere Zelle, also die erste Diode, bevorzugt im Wesentlichen zur Ladungsträgererzeugung aus blauem Licht und aus ultravioletter Strahlung und die untere Zelle, also die zweite Diode, insbesondere nur zur Ladungsträgererzeugung aus Licht bei Wellenlängen über zirka 500 nm bis in den infraroten Spektralbereich. Somit wird im Betrieb ein Strom erzeugt, der durch die beiden in Reihe geschalteten Zellen verläuft und der für eine Standard-MO-Zelle bei über 7 A liegen kann. Mittels der Reihenschaltung der Zellen, also der beiden Dioden, addieren sich die offenen Klemmenspannungen der beiden Zellen zu zirka 1 V bis 1,2 V, sodass ein
Wirkungsgrad von über 30 % erreichbar ist. Dies bedeutet, dass für eine Standard-Solarzelle mit Abmessungen von 156 mm x 156 mm eine Leistung von 7 W oder mehr realisierbar ist. Heute haben die besten Siliziumzellen bei einer typischen Größe von 156 mm x 156 mm ungefähr maximal 5 W.
Dazu besteht zumindest eine Teilschicht der ersten Diode aus einem Material mit einem hohen Bandabstand, bevorzugt aus Siliziumcarbid und/oder Germaniumcarbid oder aus amorphen Silizium oder amorphen Germanium. Der Bandabstand von diesem Material liegt insbesondere zwischen 2,4 eV und 3,2 eV, um vor allem kurzwellige Photonen im Wellenlängenbereich von 300 nm bis 500 nm in elektrischen Strom umzuwandeln. Die erste Diode kann dadurch verbessert werden, dass die
Raumladungszone eine Quantenstruktur aus SiGeC/SiGe/SiGeC umfasst. Eine solche Struktur, auch als Doppeltunnelstruktur bezeichnet, ermöglicht vermehrt Elektroneneffekte, sodass ein hochenergetisches Photon mehrere Elektronen generieren kann.
Eine solche Doppeltunnelstruktur ist beispielsweise der Druckschrift DE 10 2005 047 221 B4 zu entnehmen, siehe insbesondere Absatz 9.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die erste Diode eine erste Teilschicht, eine zweite Teilschicht und eine dritte Teilschicht. Insbesondere durch diese drei
Teilschichten wird die Doppeltunnelstruktur der ersten Diode gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste
Teilschicht aus SiGeC. Gleiches gilt für die dritte
Teilschicht. Die erste und die dritte Teilschicht weisen bevorzugt die gleiche Materialzusammensetzung und/oder die gleichen Schichtdicken auf. Alternativ ist es möglich, dass die erste und die dritte Teilschicht voneinander verschiedene Materialzusammensetzungen aufweisen und/oder unterschiedlich dick gestaltet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zweite
Teilschicht, die sich zwischen der ersten und der dritten Teilschicht befindet, aus SiGe. Damit weist die zweite
Teilschicht im Vergleich zur ersten und zur dritten
Teilschicht eine vergleichsweise geringe Bandlücke auf.
Insbesondere ist die zweite Teilschicht aus SizGe]_-z mit
0,1 < z < 0,95, bevorzugt mit 0,6 < z < 0,9. Gemäß zumindest einer Ausführungsform folgen die erste, die zweite und die dritte Teilschicht in der genannten
Reihenfolge in Richtung weg von der Vorderseite unmittelbar aufeinander. In Draufsicht gesehen können die Teilschichten deckungsgleich angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste und die dritte Teilschicht aus (SiyGe]_-y) i-xCx . Dabei gilt
0,05 < x < 0,5 oder 0,25 < x < 0,75, bevorzugt 0,4 < x < 0,6. Alternativ oder zusätzlich gilt 0 < y < 1 , bevorzugt
0,25 -S y -S 0,9, besonders bevorzugt 0,4 < x < 0,7.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die erste und/oder die dritte Teilschichten eine Dicke auf, die
unterhalb der Tunnelbedingung liegen, also kleiner als 10 nm sind. Alternativ oder zusätzlich liegen die Dicken der ersten und/oder der dritten Teilschichten bei mindestens 1 nm.
Die untere Zelle, also die zweite Diode, ist im Wesentlichen aus Silizium mit einem Bandabstand von ungefähr 1,12 eV gebildet und vor allem zur Ladungsträgererzeugung aus Licht im Spektralbereich zwischen 500 nm und 1150 nm eingerichtet. Durch die Einfügung der Schicht aus SiGe in die
Raumladungszone der unteren Diode mit einem Bandabstand im Bereich von 0,66 eV bis 0,95 eV kann der zur
Ladungsträgererzeugung nutzbare infrarote Wellenlängenbereich auf über 1500 nm erweitert werden, was einer Stromerhöhung im Vergleich zu reinem Silizium zur Folge hat. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zweite
Teilschicht eine Dicke von mindestens 5 nm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die Dicke der zweiten Teilschicht bei höchstens 25 nm, je nach Dicke der ersten und der dritten Teilschicht und der Materialzusammensetzung der zweiten
Schicht .
Bevorzugt ist die zweite Teilschicht dicker als die erste und/oder die dritte Teilschicht, beispielsweise um mindestens einen Faktor 2 dicker als die erste und/oder die dritte
Teilschicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Diodenschicht der zweiten Diode eine Dicke von mindestens 5 nm auf, insbesondere eine Dicke von mindestens 25 nm. Alternativ oder zusätzlich liegt die Dicke der Diodenschicht bei höchstens 200 nm. Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich an einer der Vorderseite abgewandten Seite der Diodenschicht eine zweite Kontaktschicht. Die zweite Kontaktschicht kann sich direkt an der Diodenschicht befinden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der zweiten Kontaktschicht um eine Siliziumschicht. Diese
Siliziumschicht ist bevorzugt mit B und/oder Ga und/oder AI dotiert, beispielsweise mit einer Dotierstoffkonzentration von mindestens 1 x 1019 !/cmJ für p-Material oder
3 x 1019 !/cmJ für n-Material, das heißt, oberhalb der
Entartung, das heißt, für p-Material liegt das Fermi-Niveau unterhalb des Valenzbandes und für n-Material liegt das
Fermi-Niveau oberhalb des Leitungsbandes. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zweite
Kontaktschicht eine Dicke von mindestens 10 nm auf.
Alternativ oder zusätzlich liegt die Dicke der zweiten
Kontaktschicht bei höchstens 300 nm, abhängig vom Materialsystem, dem Kontaktsystem und der Kristallinität der Kontaktschicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich zwischen der Diodenschicht und der Vorderseite eine Trägerschicht. Die Trägerschicht kann sich direkt an der Diodenschicht befinden. Bevorzugt ist die Trägerschicht aus Silizium, insbesondere aus n-dotiertem oder aus p-dotiertem Silizium. Es ist
möglich, dass es sich bei der Trägerschicht um die das
Halbleiterelement mechanisch stützende und tragende
Komponente handelt. Beispielsweise weist die Trägerschicht eine Dicke von mindestens 30 ym und/oder von höchstens 600 ym auf. Die Trägerschicht kann auch aus einem Silizid oder einem transparenten leitfähigen Oxid oder einem Glas sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Teilschichten der ersten Diode und/oder die Diodenschicht der zweiten Diode sowie optional weitere Halbleiterschichten des
Halbleiterbauelements einkristallin oder polykristallin gestaltet. Alternativ ist es möglich, dass diese vorgenannten Halbleiterschichten oder zumindest einige dieser
Halbleiterschichten amorph sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die vorgenannten Halbleiterschichten mittels chemischer Gasphasenabscheidung, kurz CVD (Chemical Vapor Deposition) , mittels
Atomlagenabscheidung, kurz ALD (Atomic Layer Deposition) , und/oder mittels Molekularstrahlepitaxie, kurz MBE (Molecular Beam Epitaxy) , erzeugt und/oder aufgebracht. Alternativ können auch ähnliche Abscheideverfahren herangezogen werden, wie zum Beispiel Plasma unterstützte Abscheidungen . Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Halbleiterbauelement um eine Tandem-Solarzelle. Dazu ist es möglich, dass das Halbleiterbauelement weitere Komponenten wie Elektroden, Stromverteilungsstrukturen und/oder
elektrische Kontaktstellen zur externen elektrischen
Kontaktierung umfasst, insbesondere zum Abgreifen des im Betrieb entstehenden Fotostroms.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figuren 1 und 2 schematische Schnittdarstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelementen,
Figur 3 schematische Darstellung einer Bandstruktur
hier beschriebenen optoelektronischen
Halbleiterbauelements ,
Figur 4 eine schematische Darstellung von spektralen
Eigenschaften eines hier beschriebenen
optoelektronischen Halbleiterbauelements .
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines
Halbleiterbauelements 1 gezeigt. Das Halbleiterbauelement 1 ist als Tandem-Solarzelle gestaltet und umfasst eine erste Diode 2 und eine zweite Diode 4, die elektrisch über einen Tunnelkontakt 3 miteinander verbunden und in Serie geschaltet sind. Dabei befindet sich die erste Diode 2 näher an einer Vorderseite 10 des Halbleiterbauelements 1, wobei es sich bei der Vorderseite 10 bevorzugt um eine Strahlungseintrittsseite des Halbleiterbauelements 1 handelt.
Als Emitter dient an der Strahlungseintrittsseite 10 eine erste Kontaktschicht 25. Die erste Kontaktschicht 25 ist aus Silizium, das n-hochdotiert beispielsweise mit As ist. Der Dotierungsgrad der Schichten ist durch die Symbole -, +, ++ fachüblich veranschaulicht. Eine Dicke der ersten
Kontaktschicht 25 liegt bevorzugt bei mindestens 10 nm und/oder bei höchstens 150 nm, beispielsweise bei 80 nm. Bei der ersten Kontaktschicht 25 kann es sich um eine
Doppelschicht mit einer Anfangsdotierung von 1 x lO-^ l/cm~3 und einer hochdotierten Schicht mit einer
Dotierstoffkonzentration von 2 x 1020 !/cmJ handeln. Die Dotierung nimmt bevorzugt hin zur Lichteintrittsschicht 5 zu, das heißt, der Übergang zwischen der ersten und zweiten oberen Kontaktschicht kann auch graduiert ausgeführt sein, das heißt er muss nicht abrupt erfolgen.
Die erste Kontaktschicht 25 ist zum Teil von der ersten Diode 2 umfasst. Eine Hauptkomponente der ersten Diode 2 ist durch drei Teilschichten 21, 22, 23 gebildet. Die erste und die dritte Teilschicht 21, 23 sind SiGeC-Schichten, zwischen denen sich eine bevorzugt dünne SiGe-Schicht als zweite
Teilschicht 22 befindet. Die Teilschichten 21, 22, 23 sind im Wesentlichen zur Absorption von kurzwelligem Licht im Bereich von 300 nm bis ca. 500 nm eingerichtet und dient zur
Erzeugung von Strom mittels Strahlung aus diesem
Wellenlängenbereich . In Richtung weg von der Strahlungseintrittsseite 10 folgt den Teilschichten 21, 22, 23 eine niedrig p-dotierte Schicht 24 nach. Bei der niedrig dotierten Schicht 24 handelt es sich bevorzugt um eine Siliziumschicht, die mit B dotiert ist. Eine Dicke der niedrig dotierten Schicht 24 liegt
beispielsweise bei mindestens 30 nm oder 50 nm und/der bei höchstens 200 nm oder 100 nm.
Der darauffolgende Tunnelkontakt 3 ist aus einer ersten
Tunnelkontaktschicht 31 und einer zweiten
Tunnelkontaktschicht 32 zusammengesetzt. Die sich näher an der Strahlungseintrittsseite 10 befindliche erste
Tunnelkontaktschicht 31 ist bevorzugt eine bis zur Entartung p-dotierte Siliziumschicht, also zum Beispiel über 8 x ΙΟ-^ l/cm^ Bor dotiert. Bei der zweiten Tunnelkontaktschicht 32 handelt es sich bevorzugt um eine bis zur Entartung n- dotierte Siliziumschicht, wobei als Dotierstoff
beispielsweise P oder As verwendet wird und die Dotierung oberhalb von 2 x 1019 !/cmJ betragen sollte. Dicken der Tunnelkontaktschichten 31, 32 liegen bevorzugt je bei mindestens 20 nm oder 40 nm und/oder bei höchstens 150 nm oder 80 nm, insbesondere je bei zirka 50 nm. Der Tunnelkontakt 3 befindet sich direkt an einer
Trägerschicht 43. Die Trägerschicht 43 ist durch ein n- dotiertes oder alternativ auch p-dotiertes Siliziumsubstrat gebildet. Eine Leitfähigkeit der Trägerschicht 43 liegt bevorzugt bei mindestens 1 Gern und/oder bei höchstens 6 Gern. Eine Dicke der Trägerschicht 43 beträgt bevorzugt ungefähr 180 ym. Direkt an der Trägerschicht 43, die einen Teil der zweiten Diode 4 bildet, befindet sich eine Diodenschicht 41,
bevorzugt aus SiGe. Die Diodenschicht 41 ist undotiert oder leicht p-dotiert. Beispielsweise weist die Diodenschicht 41 eine Dicke von 50 nm auf.
Der Diodenschicht 41 folgt weg von der
Strahlungseintrittsseite 10 eine zweite Kontaktschicht 42 nach, bei der es sich um eine hochdotierte p-Schicht handelt. Als Dotierstoff wird beispielsweise B oder Ga oder AI
verwendet. Eine Dicke der zweiten Kontaktschicht 42 liegt beispielsweise bei 100 nm.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist die
Strahlungseintrittsseite 10 durch eine Lichteintrittsschicht 5 gebildet, insbesondere aus einem Nitrid wie Siliziumnitrid oder einem transparenten leitfähigen Oxid, kurz TCO. Eine Dicke der Lichteintrittsschicht liegt beispielsweise bei mindestens 50 nm und/oder 90 nm, insbesondere bei zirka
65 nm.
An der Strahlungseintrittsseite 10 ist zur elektrischen
Kontaktierung eine Kontaktschicht 62 etwa mittels Silber- Siebdruck aufgebracht. Hierzu wird die optionale
Lichteintrittsschicht 5 bevorzugt stellenweise insbesondere selbstj ustierend durch ein bekanntes Verfahren entfernt.
An einer der Strahlungseintrittsseite 10 gegenüberliegenden Rückseite 40, also an der zweiten Kontaktschicht 42, wird bevorzugt etwa mittels Aluminium-Siebdruck eine weitere
Elektrode 61 flächig oder strukturiert aufgebracht.
Anschließend kann ein Feuerungsprozess erfolgen. Somit ist das als Solarzelle gestaltete Halbleiterbauelement 1 mit Standardverfahren herstellbar.
Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der Figur 2 dem der Figur 1.
Die sich aus diesem in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 erläuterten Aufbau ergebende elektronische Bandstruktur ist in Figur 3 schematisch illustriert. Für Teilabschnitte ist die jeweilige Bandlücke in eV angegeben. Durch die Strich- Linien sind die Grenzen zwischen den Schichten des
Halbleiterbauelements 1 symbolisiert. Als Strich-Punkt-Linie ist die Null-Linie hinsichtlich der Bandlücke
veranschaulicht. Abweichend von den Figuren 1 oder 2 können gemäß Figur 3 auch andere Dotierungen etwa in den Schichten 24, 43 vorliegen.
In Figur 4 ist die Licht-Einstrahlungsleistung P für
Sonnenlicht in W/m^/nm gegenüber der Wellenlänge λ in nm dargestellt. Die Absorptionsbereiche für die erste Diode 2 und die zweite Diode 4 sind schematisch eingezeichnet.
Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht, bevorzugt in der angegebenen
Reihenfolge jeweils unmittelbar aufeinander. Ebenfalls, soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der
Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der europäischen Patentanmeldung 17185538.0, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen
Bezugs zeichenliste
1 Halbleiterbauelement
10 Strahlungseintrittsseite
2 erste Diode
21 erste Teilschicht
22 zweite Teilschicht
23 dritte Teilschicht
24 niedrig dotierte Schicht
25 erste Kontaktschicht
3 Tunnelkontakt
31 erste Tunnelkontaktschicht
32 zweite Tunnelkontaktschicht
4 zweite Diode
40 Rückseite
41 Diodenschicht
42 zweite Kontaktschicht
43 Trägerschicht
5 Lichteintrittsschicht
61 Elektrode
62 Kontaktschicht
P Licht-Einstrahlungsleistung in W/m^/nm λ Wellenlänge in nm

Claims

Patentansprüche
1. Auf Silizium basierendes optoelektronisches
Halbleiterbauelement (1) mit
- einer Vorderseite (10),
- einer ersten Diode (2) und einer zweiten Diode (4), die in Richtung weg von der Vorderseite (10) einander nachgeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet sind, sodass sich die erste Diode (2) näher an der Vorderseite (10) befindet als die zweite Diode (4), und
- einem elektrischen Tunnelkontakt (3) zwischen der ersten und der zweiten Diode (2, 4),
wobei die zweite Diode (4) eine Diodenschicht (41) aus
SinGe]__n umfasst mit 0 ^ n 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Diode (2) eine erste Teilschicht (21) aus SiGeC, eine zweite Teilschicht (22) aus SiGe und eine dritte
Teilschicht (23) aus SiGeC umfasst und die Teilschichten (21, 22, 23) entsprechend ihrer Nummerierung in Richtung weg von der Vorderseite (10) unmittelbar aufeinander folgen, sodass zumindest eine der Teilschichten (21, 22, 23) (Si, Ge) i-xCx umfasst mit 0,05 < x < 0,5.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem die erste Diode (2) zur Absorption von Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 500 nm und zur
Erzeugung von Ladungsträgern mittels dieser Strahlung
eingerichtet ist.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die zweite Diode (2) zur Absorption von Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 500 nm und 1500 nm und zur
Erzeugung von Ladungsträgern mittels dieser Strahlung
eingerichtet ist.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die erste und die dritte Teilschicht (21, 23) die gleiche Materialzusammensetzung aufweisen und die erste und die dritte Teilschicht (21, 23) aus (SiyGe]_-y) i-xCx sind mit
0,4 < x < 0,6 und mit 0,25 < y < 0,9,
wobei die zweite Teilschicht (22) aus SizGe]__z mit 0 -S z < 1 ist .
5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die erste und die dritte Teilschicht (21, 23) jeweils eine Dicke zwischen einschließlich 1 nm und 10 nm aufweisen und eine Dicke der zweiten Teilschicht (22) zwischen
einschließlich 5 nm und 25 nm liegt.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Teilschichten (21, 22, 23) nur aus einem Material mit hohem Bandabstand bestehen.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem die Teilschichten (21, 22, 23) aus SiC und/oder GeC und/oder SiGeC bestehen.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem für die Diodenschicht (41) aus SinGe]__n gilt: 0 < n < 0, 8,
wobei die Diodenschicht (41) eine Dicke zwischen
einschließlich 5 nm und 200 nm aufweist.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem
- sich direkt an einer der Vorderseite (10) abgewandten Seite der Diodenschicht (41) eine zweite Kontaktschicht (42) befindet, die eine Si-Schicht mit einer Dotierung mit B, AI und/oder Ga mit einer Dotierstoffkonzentration von mindestens
1 x 1019 !/cmJ und mit einer Dicke zwischen einschließlich 30 nm und 300 nm ist, und
- die Diodenschicht (41) in Richtung hin zur
Strahlungseintrittsseite (10) unmittelbar an eine
Trägerschicht (43) aus dotiertem Si mit einer Dicke zwischen einschließlich 30 ym und 600 ym grenzt.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Halbleiterschichten der ersten und/oder der zweiten Diode (2, 4) einkristallin, polykristallin oder amorph sind.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
das eine Tandem-Solarzelle ist.
PCT/EP2018/065055 2017-08-09 2018-06-07 Optoelektronisches halbleiterbauelement Ceased WO2019029861A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/632,951 US11233167B2 (en) 2017-08-09 2018-06-07 Optoelectronic semiconductor component

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17185538.0 2017-08-09
EP17185538.0A EP3442036B1 (de) 2017-08-09 2017-08-09 Optoelektronisches halbleiterbauelement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019029861A1 true WO2019029861A1 (de) 2019-02-14

Family

ID=59713774

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/065055 Ceased WO2019029861A1 (de) 2017-08-09 2018-06-07 Optoelektronisches halbleiterbauelement

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11233167B2 (de)
EP (1) EP3442036B1 (de)
ES (1) ES2819849T3 (de)
WO (1) WO2019029861A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11018230B1 (en) * 2019-12-20 2021-05-25 Nxp B.V. Semiconductor devices with a mixed crystal region

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0895291A2 (de) * 1997-08-01 1999-02-03 Canon Kabushiki Kaisha Photovoltaisches Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102005047221A1 (de) 2005-10-01 2007-04-05 Consulting Coaching Innovationsmanagement Dr. Andreas Paul Schüppen Halbleiterschichtfolge und Verfahren zu deren Herstellung
DE102006024850A1 (de) * 2006-05-24 2007-11-29 Robert Bosch Gmbh Halbleiterbauelement und Gleichrichteranordnung
US20140048122A1 (en) 2012-08-15 2014-02-20 International Business Machines Corporation Heterostructure germanium tandem junction solar cell

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5246506A (en) * 1991-07-16 1993-09-21 Solarex Corporation Multijunction photovoltaic device and fabrication method
US20100300505A1 (en) * 2009-05-26 2010-12-02 Chen Yung T Multiple junction photovolatic devices and process for making the same
EP2469608B1 (de) 2010-12-24 2018-09-05 Dechamps & Sreball GbR Bipolardiode mit optischem Quantenstrukturabsorber
US9099596B2 (en) * 2011-07-29 2015-08-04 International Business Machines Corporation Heterojunction photovoltaic device and fabrication method
US20140077210A1 (en) * 2012-09-20 2014-03-20 International Business Machines Corporation Amorphous silicon photodetector with low dark current
WO2016012274A1 (en) 2014-07-21 2016-01-28 Basf Se Organic-inorganic tandem solar cell
DE102015002513A1 (de) 2015-03-02 2016-09-08 Azur Space Solar Power Gmbh Solarzellenvorrichtung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0895291A2 (de) * 1997-08-01 1999-02-03 Canon Kabushiki Kaisha Photovoltaisches Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102005047221A1 (de) 2005-10-01 2007-04-05 Consulting Coaching Innovationsmanagement Dr. Andreas Paul Schüppen Halbleiterschichtfolge und Verfahren zu deren Herstellung
DE102005047221B4 (de) * 2005-10-01 2015-08-06 APSOL GmbH Halbleiterschichtstruktur, Bauelement mit einer solchen Halbleiterschichtstruktur, Halbleiterschichtstruktur-Scheiben und Verfahren zu deren Herstellung
DE102006024850A1 (de) * 2006-05-24 2007-11-29 Robert Bosch Gmbh Halbleiterbauelement und Gleichrichteranordnung
US20140048122A1 (en) 2012-08-15 2014-02-20 International Business Machines Corporation Heterostructure germanium tandem junction solar cell

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DRUCKSCHRIFT S. M.: "Physics of Semiconductor Devices", 1981, WILEY, pages: 516ff

Also Published As

Publication number Publication date
ES2819849T3 (es) 2021-04-19
US20200152816A1 (en) 2020-05-14
US11233167B2 (en) 2022-01-25
EP3442036B1 (de) 2020-06-24
EP3442036A1 (de) 2019-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3378104B1 (de) Solarzelle mit mehreren durch ladungsträger-selektive kontakte miteinander verbundenen absorbern
DE69411078T2 (de) Isotopenbatterien
EP1875517B1 (de) Heterokontaktsolarzelle mit invertierter schichtstrukturgeometrie
EP1421629B1 (de) Solarzelle sowie verfahren zur herstellung einer solchen
EP0460287A1 (de) Neuartige Chalkopyrit-Solarzelle
DE102012209713A1 (de) Verbesserter Kontakt für Silicium-Heterojunction-Solarzellen
WO2010029180A1 (de) Rückkontaktsolarzelle mit integrierter bypass-diode sowie herstellungsverfahren hierfür
DE102012104140A1 (de) Verbesserte Emitterstruktur und Verfahren zur Herstellung einer Silicium-Solarzelle mit Heteroübergang
DE102018123397A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle mit einem Heteroübergang und einem eindiffundiertem Emitterbereich
EP0164090A2 (de) Solarzelle
WO2022167018A1 (de) Passivierende und leitende schichtstruktur für solarzellen
DE102012025773B3 (de) Photovoltaikelemente mit Gruppe-III/V-Halbleitern
DE112010002821T5 (de) Struktur zur Energieumwandlung durch heisse Ladungsträger sowie Verfahren zur Herstellung dieser Struktur
WO2024008455A1 (de) Rückseitenkontaktierte solarzelle mit passivierten kontakten und herstellungsverfahren
WO2015185309A1 (de) HALBLEITERBAUELEMENT AUF BASIS VON In(AlGa)As UND DESSEN VERWENDUNG
DE102007059490B4 (de) Rückkontaktsolarzelle mit integrierter Bypassdioden-Funktion sowie Herstellungsverfahren hierfür
DE102011010077A1 (de) Photovoltaische Solarzelle sowie Verfahren zu deren Herstellung
DE102012005802A1 (de) Energiewandeleinrichtung mit selektiven Kontakten
EP3442036B1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement
DE102014218948A1 (de) Solarzelle mit einer amorphen Siliziumschicht und Verfahren zum Herstellen solch einer photovoltaischen Solarzelle
DE102013207189A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Fotovoltaikzelle
EP2534697A2 (de) Rückseitenkontaktierte solarzelle mit unstrukturierter absorberschicht
WO2010142684A2 (de) Solarzelle mit kontaktstruktur mit geringen rekombinationsverlusten sowie herstellungsverfahren für solche solarzellen
EP3503211B1 (de) Halbleiter-bauelement mit einem hochdotierten quantenstruktur-emitter
DE4143083A1 (de) Solarzelle

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18728904

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18728904

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1